LAN(局域網(wǎng)擴展與高速主干網(wǎng).ppt

,第六講：局域網(wǎng)擴展與高速主干網(wǎng),曾 嶸 2002.10,計算機網(wǎng)絡技術(shù)基礎(chǔ),局域網(wǎng)擴展、高速主干網(wǎng),局域網(wǎng)擴展 局域網(wǎng)主干:高速網(wǎng)技術(shù) FDDI ATM 100M,1G,10G,局域網(wǎng)擴展,局域網(wǎng)設計應考慮因素 連接距離 網(wǎng)絡流量 最大延遲 所需費用,局域網(wǎng)擴展,常用擴展方法一 光纖擴展 延遲短、帶寬寬 一般用于樓間連接,常用擴展方法一 光纖擴展例,局域網(wǎng)擴展,局域網(wǎng)擴展,擴展方法二:中繼器 針對信號衰減 無保留地轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù) 當一個網(wǎng)段沖突或發(fā)生電干擾時，中繼器會導致另一個網(wǎng)段出現(xiàn)同樣的問題 中繼器一般不超過四個,局域網(wǎng)擴展：網(wǎng)橋,工作在數(shù)據(jù)鏈路層的一種網(wǎng)絡互連設備，它在互連的LAN之間實現(xiàn)幀的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。 能夠處理一個完整的幀 幀的路由過程 目的LAN與源LAN相同，則丟棄幀； 目的LAN與源LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)幀； 目的LAN未知，則洪泛幀，并逆向?qū)W習。 網(wǎng)橋有兩類： MAC子層的網(wǎng)橋，在同構(gòu)網(wǎng)絡中作橋接（IEEE802.3和IEEE802.3網(wǎng)絡） LLC子層網(wǎng)橋可以橋接不同的MAC層（例如IEEE802.3和IEEE802.5之間）。,網(wǎng)橋特點 可以實現(xiàn)更大范圍的LAN連接； 中繼器一般只能將最多5段以太電纜連接起來而且不能超過一定的距離。網(wǎng)橋不受限制。 將一個負載很重的大LAN分隔成使用網(wǎng)橋互連的幾個LAN以減輕負擔； 可以實現(xiàn)不同類型的LAN連接； 共享式Hub和中繼器工作在物理層，不負責MAC幀的轉(zhuǎn)換工作。所以只能連接同種幀格式的網(wǎng)絡連接 選擇性轉(zhuǎn)發(fā)：過濾功能，隔離錯誤，提高網(wǎng)絡性能； 可以提高LAN的安全性； LAN普遍采用的是廣播式通信方式。 部分網(wǎng)橋有隔離廣播的功能。,局域網(wǎng)擴展：網(wǎng)橋,工作原理： 網(wǎng)橋工作在混雜（promiscuous）方式，接收所有的幀； 網(wǎng)橋接收到一幀后，通過查詢地址/端口對應表來確定是丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)； 網(wǎng)橋剛啟動時，地址/端口對應表為空，采用洪泛（flooding）方法轉(zhuǎn)發(fā)幀； 在轉(zhuǎn)發(fā)過程中采用逆向?qū)W習（backward learning）算法收集MAC地址。網(wǎng)橋通過分析幀的源MAC地址得到MAC地址與端口的對應關(guān)系，并寫入地址/端口對應表；,局域網(wǎng)擴展：網(wǎng)橋,地址/端口對應表的形成 使用幀頭部的物理地址 自適應形成各段計算機列表 網(wǎng)橋軟件對地址/端口對應表進行不斷的更新，并定時檢查，刪除在一段時間內(nèi)沒有更新的地址/端口項,局域網(wǎng)擴展：網(wǎng)橋,多個網(wǎng)橋（并行網(wǎng)橋）可能產(chǎn)生回路 解決思想 讓網(wǎng)橋之間互相通信，用一棵連接每個LAN的生成樹（Spanning Tree）覆蓋實際的拓撲結(jié)構(gòu)。 構(gòu)造生成樹 每個橋廣播自己的橋編號，號最小的橋稱為生成樹的根； 每個網(wǎng)橋計算自己到根的最短路徑，構(gòu)造出生成樹，使得每個LAN和橋到根的路徑最短； 當某個LAN或網(wǎng)橋發(fā)生故障時，要重新計算生成樹； 生成樹構(gòu)造完后，算法繼續(xù)執(zhí)行以便自動發(fā)現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)變化，更新生成樹。,局域網(wǎng)擴展：網(wǎng)橋,局域網(wǎng)擴展,利用網(wǎng)橋規(guī)劃局域網(wǎng)絡 大樓間橋接 價格便宜 維護方便 干擾小,遠程橋接 節(jié)點通信不頻繁 兩端均有網(wǎng)橋 帶寬窄，費用高 緩沖,局域網(wǎng)主干:高速網(wǎng)技術(shù) FDDI ATM 100M,1G,10G,光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI （Fiber Distributed Data Interface）,特征 使用光纖作為傳輸介質(zhì) MAC協(xié)議與 Token Ring 類似 通常作為連接LAN的主干網(wǎng)絡 100M的速率 最大距離200公里 最多500個站點,FDDI的雙環(huán)操作 為提高信道利用率，站點發(fā)完數(shù)據(jù)后立即產(chǎn)生新令牌，環(huán)上可能同時存在多個幀； 幀格式,光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI （Fiber Distributed Data Interface）,為高速數(shù)據(jù)傳輸和通過公共網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)傳輸多種業(yè)務數(shù)據(jù)而設計 ATM在1989年產(chǎn)生，后被國際電訊聯(lián)盟標準化組織ITU-T確定為傳輸語音、圖象、數(shù)據(jù)和多媒體信息的工具。 開發(fā)ATM的原意是希望用于寬帶綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)（B-ISDN）,但由于實施的復雜性，ATM最終首先被用于局域網(wǎng)。 近幾年來，ITU-T 、ATM論壇、ANSI（美國國家標準協(xié)會）、ETSI（歐洲電信標準協(xié)會）和IETF（Internet 工程任務組）等標準化組織為ATM定義了一系列標準，使ATM技術(shù)在局域網(wǎng)建設中很快被推廣應用 現(xiàn)在ATM已成為局域網(wǎng)主干網(wǎng)的主流技術(shù)之一。,異步傳輸模式 （ATM） ATM(Asynchronous Transfer Mode),局域網(wǎng)仿真（LANE-LAN Emulation）是在ATM網(wǎng)上模擬傳統(tǒng)局域網(wǎng)。LANE V1.0和LANE V2.0定義了模擬IEEE802.3以太網(wǎng)和IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)的機制以及LANE的組成部分和各部分的功能。 （1）802.3以太網(wǎng)與ATM網(wǎng)絡技術(shù)之間的差異 以太網(wǎng)是無連接的，而ATM提供面向連接服務。 以太網(wǎng)是可變長的包（64字節(jié)1514字節(jié)），而ATM的基本交換單元是小的、固定長的信元，每個信元只有53個字節(jié)。 以太網(wǎng)采用廣播式傳輸技術(shù)，ATM是一種點到點的非廣播服務 以太網(wǎng)的MAC地址與網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)無關(guān)，長度為48bit，用12個16進制數(shù)表示（如：00a0.c99c.4718）。ATM 地址采用NSAP格式，它與網(wǎng)絡拓撲和所連接的設備端口有關(guān)，長度是20個字節(jié)，用40個16進制數(shù)表示 （2）局域網(wǎng)仿真的主要功能 局域網(wǎng)仿真起到局域網(wǎng)與ATM的橋接作用，它模擬以太網(wǎng)的廣播機制和無連接的特性，并在ATM 網(wǎng)絡與以太網(wǎng)之間進行數(shù)據(jù)包的重新分組和地址轉(zhuǎn)換，使局域網(wǎng)能夠利用ATM網(wǎng)的各種優(yōu)點。,ATM局域網(wǎng)仿真（LANE）,ATM應用實例,快速(100M)以太網(wǎng)技術(shù),以太網(wǎng)提速的三種方案,減小工作距離 用2對以上的線 用新類型的線,100Base-T 100Base-T2： 2對 ISO/IEC 11801定義的 3類（或更好）平衡雙絞線; 100Base-T4：4對 ISO/IEC 11801定義的 3類（或更好）平衡雙絞線; 3類非屏蔽雙絞線（UTP），使用25MHz的信號 B6T（8 bits map to 6 trits）編碼，使用三進制信號（ternary signals），1對雙絞線的比特率為25 * 8/6 = 33.3 Mbps； 100Base-X(4B5B編碼，5個時鐘周期發(fā)送4個比特，物理層與FDDI兼容) 100Base-TX 使用2對5類平衡雙絞線或150屏蔽平衡電纜，1對 to the hub，1對 from the hub，全雙工； 5類雙絞線使用125 MHz的信號； 100Base-FX 使用2根多模光纖，全雙工,100M以太網(wǎng)技術(shù),兩種類型的HUB 共享式 HUB，一個沖突域，工作方式與802.3相同，CSMA/CD，二進制指數(shù)后退算法，半雙工 交換式HUB，輸入幀被緩存。,千兆以太網(wǎng)(GE-Gigabit Ethernet)是提供1000Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率的以太網(wǎng) 千兆以太網(wǎng)支持全雙工操作，最高速率可以達到2Gbps 千兆以太網(wǎng)系統(tǒng)采用8B/10B編碼方案，并以1.25G波特的速率在信道上發(fā)送信號，以達到1Gbps傳輸速率 千兆以太網(wǎng)的物理層標準規(guī)定了4種介質(zhì)標準,千兆以太網(wǎng) (Gigabit Ethernet),千兆以太網(wǎng)的特點 網(wǎng)絡帶寬高，能提供1Gbps的獨享帶寬（交換式千兆以太網(wǎng)） 千兆以太網(wǎng)與現(xiàn)有以太網(wǎng)完全兼容 IEEE802.3 CSMA/CD協(xié)議 相同的幀格式和幀大?。?4字節(jié)-1518字節(jié)） 依靠RSVP、IEEE802.1P、IEEE802.1Q技術(shù)標準，提供VLAN服務，提供質(zhì)量保證( QOS-Qulity Of Service)，支持多媒體信息的傳輸 技術(shù)簡單,不必專門培訓技術(shù)人員就能管理好網(wǎng)絡 有很好的網(wǎng)絡擴充能力，易升級，易擴展 對于傳輸數(shù)據(jù)（DATA）業(yè)務信息有極佳的性能 目前，由于產(chǎn)品和價格問題，千兆以太網(wǎng)主要應用于主干網(wǎng)，是主干網(wǎng)的主流技術(shù),千兆以太網(wǎng) (Gigabit Ethernet),千兆以太網(wǎng)標準IEEE802.3z 1995年開始開發(fā)的一種最新的高速、高帶寬局域網(wǎng)技術(shù)，1996年6月IEEE802.3工作組成立了802.3z千兆以太網(wǎng)任務組制定標準，其目標是： 允許半雙工和全雙工操作，傳輸速率為1Gbps 使用IEEE802.3以太網(wǎng)的幀格式 使用CSMA/CD訪問方法 地址反向與10Base、100Base技術(shù)兼容 1998年6月802.3z任務組完成了IEEE802.3z標準。 802.3z千兆以太網(wǎng)標準定義了三種介質(zhì)系統(tǒng)，其中兩種光纖介質(zhì)標準；另一種是銅線介質(zhì)標準。1000Base-X是所有基于8B/10B編碼方案的千兆以太網(wǎng)總稱。 1000Base-SX 1000Base-SX是短波長激光（SWL）多模光纖介質(zhì)系統(tǒng)標準，它使用770860nm波長的多模光纖介質(zhì)，最大的鏈路距離為300米。1000Base-SX使用SC標準光纖連接器。 1000Base-LX 1000Base-LX是長波長激光(LWL)光纖介質(zhì)系統(tǒng)標準，它使用1270 1355nm波長的單?；蚨嗄９饫w介質(zhì)。在使用62.5m /125m多模光纖時，最大的鏈路距離是550米。當使用10m/125m單模光纖時，最大的鏈路距離可達5千米。1000Base-LX與1000Base-SX相同，也使用SC標準光纖連接器。 1000Base-CX 1000Base-CX是短距離銅線千兆以太網(wǎng)標準，它的最大鏈路距離僅有25米。1000Base-CX使用9針的D微型連接器或8針帶屏蔽光纖信道2型（HSSC）連接器。,千兆以太網(wǎng) (Gigabit Ethernet),千兆以太網(wǎng)標準IEEE802.3ab 1997年3月IEEE802.3又成立了一個新的工作組IEEE802.3ab， 新的組被授權(quán)開發(fā)長銅線千兆以太網(wǎng)標準，即1000Base-T物理層標準。1999年6月IEEE802.3 委員會正式公布了第二個銅線標準IEEE802.3ab。 1000Base-T標準在使用4對5類無屏蔽雙絞線（UTP）時，能在100米的距離的信道上支持1Gbps傳輸速率，網(wǎng)絡直徑可達200米。這個標準將使千兆以太網(wǎng)應用于桌面系統(tǒng)成為現(xiàn)實。,千兆以太網(wǎng) (Gigabit Ethernet),千兆以太網(wǎng) (Gigabit Ethernet),以太網(wǎng)發(fā)展過程及最新進展,10M以太網(wǎng) 粗纜的10Base5 細纜的10Base2 雙絞線10BaseT 三類線傳輸?shù)?00BaseT4 快速以太網(wǎng)五類線傳輸?shù)?00BaseTX 光纖傳輸?shù)?00BaseFX 千兆以太網(wǎng)接口 包括短波長光傳輸1000Base-SX 長波長光傳輸1000Base-LX 五類線傳輸1000BaseT 今年7月18日，IEEE又正式通過了802.3ae：10Gbps以太網(wǎng)標準（也叫萬兆以太網(wǎng)）,FDDI FDDI 技術(shù)成熟，協(xié)議豐富，令牌技術(shù)效率高，速度 100M，距離可達 200km，主干雙環(huán)容錯屬共享媒體技術(shù)，平均帶寬低，主干接 Ethernet 網(wǎng)段需經(jīng)路由器轉(zhuǎn)換協(xié)議系統(tǒng)復雜，時延大，價格昂貴，擴展不方便，管理麻煩，不適合傳輸多媒體 ATM Cell Switch 獨享媒體技術(shù)，線路交換、星型拓撲結(jié)構(gòu)，多種速率可選，擴展容易，帶寬大，時延